Владимир Гольдштейн, ведущий научный сотрудник, заведующий отделом глубокой переработки крахмалсодержащего сырья,
ВНИИК – филиал ФГБНУ «ФИЦ картофеля им. А.Г. Лорха»
Анастасия Семенова, старший научный сотрудник, заведующая лабораторией по комплексной переработке картофеля, ВНИИК – филиал ФГБНУ «ФИЦ картофеля им. А.Г. Лорха»
Лаборатория по комплексной переработке картофеля – специализированное подразделение Всероссийского научно-исследовательского института крахмала и переработки крахмалсодержащего сырья, филиала Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный центр картофеля им. А.Г. Лорха».
Лаборатория осуществляет многоплановую оценку сортов, гибридов и селекционных линий картофеля в контексте скрининговых исследований, направленных на выявление перспективного исходного материала для селекционных программ. В рамках этой деятельности она проводит всесторонний анализ, включающий физико-химические, биохимические и морфологические параметры картофеля, предназначенного как для столового использования, так и для производства крахмала или картофелепродуктов.
С высокой точностью: содержание крахмала, редуцирующих сахаров и белка
Оснащение лаборатории позволяет осуществлять проверку качества сырья и продуктов его переработки. Проводится оценка содержания крахмала, определение его выхода при технологической обработке, а также детальный анализ его доброкачественности. Переработка картофеля осуществляется с применением метода «завод на столе» (plant simulation), который полностью имитирует производственный процесс. Это обеспечивает высокую степень точности и воспроизводимости результатов, что является критически важным для научно обоснованных исследований и разработки инновационных технологий в области переработки крахмалсодержащего сырья.
Всесторонний анализ исследуемого материала включает в себя определение массовой доли сухих веществ, крахмала, редуцирующих сахаров, а также детальное изучение состава сахаров и содержания белка. Метод Эверса удобен простотой в исполнении, при этом он позволяет с высокой точностью оценивать массовую долю крахмала в различных образцах. Определение массовой доли белка осуществляется методом Кьельдаля, который обеспечивает высокую точность и надежность результатов за счет количественного измерения содержания азота в исследуемом материале. Для анализа картофельного сока применяется метод Лоури, отличающийся высокой чувствительностью и точностью при определении белковых компонентов, что позволяет получить достоверные данные о растворимом белке в данном продукте.
Гликоалкалоиды. Извлекать и использовать
Особое внимание уделяется определению массовой доли гликоалкалоидов, в частности, суммарного содержания α-соланина и α-чаконина. Эти соединения являются важными индикаторами пищевой безопасности и токсикологических характеристик картофеля и продуктов на его основе. Они представляют собой класс токсичных соединений, которые естественным образом синтезируются в растениях семейства пасленовых. В природе гликоалкалоиды выполняют важнейшую биологическую функцию, действуя как механизмы защиты растений, направленные на отпугивание вредителей и патогенов. Однако при употреблении в пищу продукты с высокой концентрацией гликоалкалоидов могут представлять серьезную опасность для здоровья человека, что обуславливает необходимость тщательного контроля их содержания в пищевых продуктах. В большинстве стран установлены регламентированные предельно допустимые уровни содержания гликоалкалоидов в съедобных клубнях картофеля. В сырых клубнях данный показатель не должен превышать 20 мг/100 г, а в сухих картофелепродуктах – 100 мг/100 г. Эти значения рассматриваются, как безопасные для потребления, и закреплены в соответствующих нормативных документах. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) устанавливает предельно допустимую концентрацию данного соединения в пищевых продуктах на уровне 20 мг/100 г (что эквивалентно 200 мг/кг). Токсикологические характеристики гликоалкалоидов, являющихся биологически активными соединениями, демонстрируют значительные вариации в зависимости от индивидуальных особенностей организма и условий их введения. Токсическая доза для человека варьируется в пределах 1-5 мг/кг массы тела, в то время как летальная доза составляет 3-6 мг/кг массы тела при пероральном приеме. Эти значения подчеркивают необходимость тщательного контроля содержания гликоалкалоидов в продуктах питания и биопрепаратах. Концентрации, превышающие 14 мг/100 г, могут приводить к появлению горького вкуса, что является первым индикатором их присутствия. Дальнейшее увеличение концентрации до уровня выше 22 мг/100 г способно вызвать более выраженные симптомы, включая жжение в горле и ротовой полости, что свидетельствует о раздражающем действии данных соединений на слизистые оболочки. Таким образом, понимание токсикологических и сенсорных свойств гликоалкалоидов является критически важным для разработки эффективных мер по их безопасному использованию и предотвращению потенциальных рисков для здоровья человека.
Картофельная кожура является важным источником биологически активных соединений с разнообразными фармакологическими и агрохимическими свойствами. В частности, она содержит большое количество стероидных гликоалкалоидов, которые можно успешно извлекать и использовать в различных целях, например, для защиты растений от вредителей или создания фармацевтических препаратов. В ходе исследования в нашей лаборатории были тщательно изучены процессы экстракции этих соединений из картофельной кожуры, с акцентом на кислотный метод и влияние различных параметров экстракции на эффективность извлечения гликоалкалоидов. Разработан метод экстракции стероидных гликоалкалоидов, на который получен патент.
Снижение содержания гликоалкалоидов в кожуре благодаря их экстракции уменьшает токсичность кормов, приготовленных из побочных продуктов переработки картофеля. Экстракты этих веществ могут использоваться как натуральные инсектициды для защиты растений от вредителей и патогенной микрофлоры. Исследования свойств экстрактов могут помочь фармацевтам в разработке препаратов для лечения рака, снижения уровня холестерина, уменьшения воспалений, а также для подавления активности патогенных грибов, бактерий и вирусов.
Картофельный крахмал без примесей
Лаборатория проводит работы по выявлению возможной фальсификации картофельного крахмала, включая его использование в композициях с зерновыми крахмалами. Основное внимание уделяется аналитическим подходам, направленным на идентификацию потенциальных примесей и модификаций, которые могут существенно изменять физико-химические и функциональные характеристики конечного продукта. Фальсификация картофельного крахмала представляет собой умышленное искажение его состава, качественных характеристик или информации о продукте с целью введения потребителя в заблуждение. Этот процесс может включать добавление таких веществ, как пшеничная мука, мел, сода или крахмалы зернового происхождения – кукурузный или пшеничный. Кроме того, одним из распространенных методов фальсификации является реализация картофельного крахмала низкого сорта под видом продукта высшего сорта.
Разбираем по составу
В рамках научно-исследовательской деятельности, проводимой коллективом лаборатории, осуществляется комплексный химический анализ картофеля с особым акцентом на количественное определение массовых долей основных нутриентов и биологически активных соединений. В частности, детальное внимание уделяется изучению содержания нитратов, фосфора, калия, витамина C, каротиноидов и антоцианов. Объектами исследования выступают образцы картофеля с белой и пигментированной мякотью, что позволяет выявить потенциальные различия в химическом составе, обусловленные фенотипическими характеристиками анализируемого материала. Дополнительно исследуется массовая доля амилозы и амилопектина в крахмале, что дает возможность глубже понять структурные и функциональные особенности данного продукта.
Изучение содержания нитратов, фосфора и калия в клубнях проводится в соответствии с разносторонними целями, охватывающими агрономию, пищевую безопасность и экономику производства. Нитраты – это потенциально вредные соединения: при их избытке они могут превращаться в нитриты, опасные для здоровья человека. Задача – убедиться, что концентрация нитратов не превышает предельно допустимых уровней (ПДК), установленных санитарными нормами. Избыток нитратов в клубнях картофеля сигнализирует о нерациональном использовании азотных удобрений. Определение массовой доли калия и фосфора важно для оптимизации минерального питания растений, т.к. эти элементы влияют на урожайность картофеля, массовую долю крахмала, витаминов и сохранность качества клубней при хранении.
В ходе исследования химического состава материала проводится качественное и количественное определение содержания витамина C, каротиноидов и антоцианов в клубнях. Целью этих исследований является не только оценка пищевой ценности картофеля, но и получение данных для разработки новых диетических сортов. Витамин C, являясь мощным антиоксидантом, играет важную роль в метаболических процессах, в работе иммунной системы и поддержании окислительно-восстановительного гомеостаза в организме. Каротиноиды, в свою очередь, представляют собой группу пигментов, обладающих провитаминной активностью и антиоксидантными свойствами, которые могут способствовать профилактике хронических заболеваний. Антоцианы, являясь флавоноидными соединениями, обладают выраженными антиоксидантными и противовоспалительными свойствами, а также способствуют улучшению когнитивных функций мозга. Комплексное изучение содержания этих компонентов в картофеле позволяет выявить их вклад в питательную ценность продукта, а также определить потенциал использования картофеля в качестве функционального ингредиента в пищевых продуктах и для получения нутрицевтиков. Полученные данные могут служить основой для разработки новых технологий промышленного использования картофеля, направленных на максимальное сохранение и обогащение его биологически активными соединениями, что, в свою очередь, будет способствовать повышению его пищевой и биологической значимости.
С помощью высокотехнологичного микроскопа Leica Microsystems GmbH мы проводим детальный анализ микроструктуры картофельного крахмала. В рамках этого исследования мы определяем количественные параметры крахмальных гранул, включая их диаметральные размеры, а также статистически значимое процентное соотношение гранулометрических фракций. Кроме того, мы вычисляем среднее арифметические значения размеров крахмальных гранул с применением статистической обработки результатов, что позволяет оценить важнейшую характеристику исследуемого образца. Такой подход обеспечивает высокую степень точности и воспроизводимости результатов, что необходимо для дальнейшего изучения физико-химических свойств крахмала и его потенциальных применений в различных отраслях промышленности.
Отходы. Технологии рационального использования
В лаборатории осуществляется детальный анализ побочных продуктов, образующихся в процессе производства картофелепродуктов или картофельного крахмала. Особое внимание уделяется идентификации и классификации отходов, а также изучению их физико-химических характеристик и потенциального состава. На основе полученных данных разрабатываются научно обоснованные рекомендации по их рациональному использованию. Исследование включает разработку инновационных технологий трансформации отходов в ценные вторичные продукты, что способствует устойчивому развитию отрасли и снижению ресурсозатрат.
Акриламид: направление к снижению
Снижение содержания акриламида в картофелепродуктах является критически важным аспектом, обусловленным его потенциальным вредным воздействием на здоровье человека. Акриламид представляет собой гетероциклическое органическое соединение, образующееся в процессе термической обработки крахмалсодержащих продуктов, таких как картофель, при температурах свыше 120°C. Этот процесс, известный как реакция Майяра, включает в себя взаимодействие аминокислоты аспарагина с редуцирующими сахарами, такими как глюкоза и фруктоза, что приводит к образованию акриламида. Для оценки сортообразцов в контексте их пригодности к переработке в картофелепродукты специалисты лаборатории проводят исследование концентраций редуцирующих сахаров в клубнях. Превышение референтных значений редуцирующих сахаров (> 0,25%) приводит к появлению темных пятен на продукции и неравномерной окраски чипсов и картофеля фри, а также коричневых дефектов в сухом пюре. Оптимальный уровень редуцирующих сахаров в исходном сырье для производства картофелепродуктов составляет 0,10–0,25%: при такой концентрации чипсы и картофель фри приобретают золотистый оттенок.
В рамках исследовательской деятельности лаборатории разработана инновационная технология снижения содержания акриламида в термически обработанных картофелепродуктах, защищенная патентом Российской Федерации № 2814622. Предлагаемая технология базируется на способе бланширования, который включает использование концентрированного раствора водопроводной воды, соответствующей стандартам ГОСТ Р 51232-98 «Вода питьевая». Для повышения эффективности процесса раствор предварительно подвергается обработке методом обратного осмоса, что позволяет достичь жесткости воды не менее 8 мг-экв/л, позволяющей минимизировать концентрацию акриламида в конечном продукте.
Лаборатория по комплексной переработке картофеля проводит всестороннюю оценку сортов, гибридов и селекционных линий картофеля. Данный процесс осуществляется в рамках систематических скрининговых исследований, направленных на идентификацию перспективного исходного материала для последующего использования в селекционных программах. Кроме того, лаборатория активно участвует в комплексном изучении и разработке инновационных методов и технологий переработки картофельного сырья, что позволяет значительно повысить эффективность производственных процессов и улучшить качественные характеристики конечной продукции.
